在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法
【专利摘要】一种在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其方案为：以三甲基铝为MO源，NH3为气态源，采用金属有机物化学汽相沉积工艺在蓝宝石表面生长出AlN模板；在生长AlN模板时，三甲基铝先于NH3通入反应室内，通入三甲基铝后延迟1-5秒再通入NH3，NH3与附着在蓝宝石表面的Al原子发生反应后生成AlN，最终在蓝宝石表面生长出AlN模板；NH3和三甲基铝的Ⅴ／Ⅲ比为51~256，反应室内气压为20~50mbar，温度为1200℃。本发明的有益技术效果是：方法简单实用，不需要缓冲层，可以在相对较低的衬底温度（１２００℃）下，生长出表面原子级光滑的AlN模板，AlN模板平均粗糙度为0.5nm左右。
【专利说明】在蓝宝石衬底上生长外延用AIN模板的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机物化学汽相沉积(MOCVD)工艺,尤其涉及一种在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内外以蓝宝石/ GaN为基底的氮化物外延生长技术已经非常成熟，但是对于深紫外光电子器件而言，由于GaN材料对紫外光的强烈吸收作用将导致器件发光效率的严重降低，几乎所有的入射光都会被GaN层吸收而无法进入有源区产生光电流，因此以蓝宝石/ GaN为基底的氮化物模板不适宜用来制作深紫外光电子器件；为了解决前述问题，一种较为可行的技术路线是:屏弃GaN模板，直接在对深紫外光有良好透过特性的蓝宝石衬底上生长高Al组分的AlGaN外延层。
[0003]生长高Al组分的AlGaN外延层，最理想的衬底应是A1N，AlN晶体对波长大于200nm的紫外光都是透明的，并且AlN与AlGaN可以形成较好的晶格匹配，AlN还具有较好的热导性(热导率SWcnr1Ir1),有利于提高器件的大功率性能.除此之外，由于在所有已知的声表面波材料中具有最大的声速(6200m / S)、较高的压电耦合系数，AlN还是一种理想的射频声表面波材料；但是，目前国内外AlN单晶衬底的制备技术还不成熟，价格昂贵，而且供货困难(尤其是大尺寸衬底)。
[0004]2006年，Soukhoveev V等人报道了采用HVPE (氢化物气相外延)方法成功地在蓝宝石衬底上生长出高质量的AlN模板，但由HVPE方法得到的AlN模板无法以原位生长方式制作后续的器件外延结构，因此工艺过程相对复杂，从降低工艺复杂度的方面考虑，有必要探索用MOCVD方法在蓝宝石衬底上 直接生长AlN模板的技术。
【发明内容】
[0005]针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其创新在于:以三甲基铝为MO源，NH3为气态源，采用金属有机物化学汽相沉积工艺在蓝宝石表面生长出AlN模板；在生长AlN模板时，三甲基铝先于NH3通入反应室内，通入三甲基铝后延迟1-5秒再通入NH3, NH3与附着在蓝宝石表面的Al原子发生反应后生成A1N，最终在蓝宝石表面生长出AlN模板；NH3和三甲基铝的V /III比为5广256，反应室内气压为20~50mbar，温度为1200°C。
[0006]本发明的原理是:本发明采用先通入三甲基铝后通入NH3的方式来生长AlN模板，预先通入三甲基铝，可以使蓝宝石表面上预先附着上一层Al原子，避免NH3与蓝宝石表面直接接触而导致蓝宝石表面被氮化，以有效抑制具有混合极性晶畴的AlN膜产生，提高AlN生长速度的均一性。本发明采用低V /III比来生长AlN模板，现有技术中的生长工艺一般采用700-800的高V / III比进行，高V / III比会导致Al原子在衬底表面迁移性降低，不利于二维生长模式的建立，也就不利于光滑外延表面的形成。本发明工艺的反应室气压较低，低反应室气压可以有效降低NH3和三甲基铝在气相中的反应率，从而减少因NH3和三甲基铝在气相中反应而生成粉尘颗粒并沉积在衬底上，同时，在低反应室气压和低V / III比的共同作用下，可以进一步提高Al原子在衬底上的迁移性。
[0007]优选地，三甲基铝流量为4(T80sccm，NH3流量为8(T200sccm。
[0008]优选地，生长AlN模板之前，在温度为120(Tl250°C、压力为9(Tll0mbar、载气流量为500(T7000sccm的条件下，对蓝宝石表面进行除杂。
[0009]优选地，所述AlN模板厚度为I μ m。AlN模板厚度可通过控制反应时间来调节，如果AlN模板厚度较大，容易出现裂纹。
[0010]本发明的有益技术效果是:方法简单实用，不需要缓冲层，可以在相对较低的衬底温度(I 2 O (TC)下，生长出表面原子级光滑的AlN模板，AlN模板平均粗糙度为0.5nm左右。
【具体实施方式】
[0011]一种在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其创新在于:以三甲基铝为MO源，NH3为气态源，采用金属有机物化学汽相沉积工艺在蓝宝石表面生长出AlN模板；在生长AlN模板时，三甲基铝先于NH3通入反应室内，通入三甲基铝后延迟1-5秒再通入NH3, NH3与附着在蓝宝石表面的Al原子发生反应后生成A1N，最终在蓝宝石表面生长出AlN模板；NH3和三甲基铝的V /III比为51?256，反应室内气压为2(T50mbar，温度为1200°C。
[0012]进一步地，三甲基铝流量为4(T80sccm，NH3流量为8(T200sccm。
[0013]进一步地，生长AlN模板之前，在温度为120(Tl250°C、压力为9(Tll0mbar、载气流量为500(T7000sccm的条件下，对蓝宝石表面进行除杂。
[0014]进一步地，所述AlN模板厚度为I μ m。
[0015]实施例:
将蓝宝石衬底载入MOCVD设备的反应室中，在1200°C衬底温度、IOOmbar氢气压力、6000SCCm载气流量的环境中，烘烤10分钟，消除表面杂质；将反应室内气压调节为40mbar、衬底温度调节为1200°C，向反应室内通入三甲基铝，三甲基铝流量为60 sccm，延迟3秒后，向反应室内通入NH3，通过控制反应时间，使蓝宝石表面生长出厚度为I μ m的AlN模板。
【权利要求】
1.一种在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其特征在于:以三甲基铝为MO源，NH3为气态源，采用金属有机物化学汽相沉积工艺在蓝宝石表面生长出AlN模板；在生长AlN模板时，三甲基铝先于NH3通入反应室内，通入三甲基铝后延迟1-5秒再通入NH3, NH3与附着在蓝宝石表面的Al原子发生反应后生成A1N，最终在蓝宝石表面生长出AlN模板；NH3和三甲基铝的V /III比为51?256，反应室内气压为2(T50mbar，温度为1200°C。
2.根据权利要求1所述的在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其特征在于:三甲基铝流量为4(T80sccm，NH3流量为8(T200sccm。
3.根据权利要求1所述的在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其特征在于:生长AlN模板之前，在温度为120(Tl250°C、压力为9(Tll0mbar、载气流量为500(T7000sccm的条件下，对蓝宝石表面进行除杂。
4.根据权利要求1所述的在蓝宝石衬底上生长外延用AlN模板的方法，其特征在于:所述AlN模板厚度为I μ m。
【文档编号】H01L33/00GK103474331SQ201310461033
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】赵红, 李艳炯 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所